地理空间基础框架：数字化战场基石
我们要认知战场，就必须从地理空间信息开始，弄清战场的位置、范围、交通、地形起伏等情况。因此，数字化战场建设的重要任务之一，是为作战指挥等一切军事行为、武器装备提供地理空间信息的支撑。而一切态势情报和战场环境信息，最终都要落脚在地球表面的地理空间基础框架上，只有这样，它才有一个位置和轨迹，才能成为战场感知的对象。因此，进行数字化战场建设，必须进行地理空间基础框架建设。
地理空间基础框架是为适应测绘数字化技术和数字制图技术发展而提出的、以地理空间位置和空间关系为基础的区域地理要素的数据集。
美军的地理空间基础框架的建立很有代表性。它的数字地图研制工作起步于20世纪70年代，建立了庞大的地图数据库体系，随着信息化战争条件下作战思路的逐步清晰，美军已将数字地图生产作为数字化战场建设的中心任务。经过几次实战检验和技术更新后，于20世纪90年代初形成了以宽带网图像传输与系列光盘供应相结合的数字地图保障体系。这是一套包括基础地理空间数据的军用数字地图系统，按分辨率（详细程度）不同分为1∶100万，1∶25万，1∶5万，1∶1万几个比例尺等级，并按边界、数据质量状况（可靠性）、高程、水系、自然地理、工业、居民地、交通、土地利用和植被划分为10个专题数据层。但在海湾战争、波黑战争中发现，这套数字地图供应的实时性和分辨率与作战要求相比尚有一定差距。经过几场实战的检验，美军测绘局在20世纪90年代形成了直接保障战场需求的多种专题数据库。例如，具有5米分辨率的影像数据库、数字地面高程数据库和打击目标定位数据库等。这一发展已突破了传统地图保障的范围，迈入了对战场感知的全数字化时期，形成了地理空间基础框架的概念并进入工程化阶段，成为数字化战场建设测绘保障的新任务。
地理空间基础框架的建立通常包括：建立全球空间与时间基准；建立全球重力场；建立地理空间数据库；建立地理空间信息产品的生产、服务保障体系。
建立全球空间与时间基准。未来作战是诸军兵种一体化的联合作战，要使各军兵种形成整体合力，全军必须要有统一的空间基准和时间基准，以保证各军兵种所有参战人员，均在统一的坐标系统和同样的数字地图上作战。(https://www.daowen.com)
一是空间基准。无论是确定平面上某点的位置还是三维空间中某点的位置，都离不开坐标系，空间基准的基础就是地球参考系，所有的位置数据都建立在这个参考系的基础上。地球大地坐标系是以地球椭球面为基准面，用以表示地面点位置的参考系，根据所选用的地球椭球参数（长、短半径和扁率）以及椭球在地球体内定位的不同，可分为参心大地坐标系和地心大地坐标系。前者用于局部或传统大地测量、地形测量和地图制作；后者主要用于地球形状及外部重力场的研究以及描述人造地球卫星和远程武器在空间的位置，近年来已经发展成为建立全球性地理空间信息体制（如全球信息网格GIG）的基础。18世纪以来，世界上建立了百余种地球参考系，它们都是根据各自掌握的局部资料按照经典的地球参考系原理来定义参心坐标系的，虽然仅覆盖有限区域，但这些局部参考系在世界各国的经济建设、国防建设和社会发展中都发挥过巨大的作用。过去，建立地球参考系的主要目的是测绘地图，仅从测图技术来说，采用局部参考系是合适的，因为局部参考系的椭球面与地区大地水准面的拟合最佳，从而使地图的变形最小。而今天，建立地球参考系的主要目的已不再仅仅为了测图，而更多地着眼于现代大地测量、地学研究、陆海空导航、远程武器和航天技术等众多领域的应用。为满足这些不同领域的应用需求，必须建立一个着眼于全球的、地心的高精度的地球参考系，也称为地心坐标系。由于一旦改变坐标系，地面上任何一点的维坐标都将改变，这就意味着过去做的所有地图上的坐标值都要改变，工作量十分巨大，因此改变坐标系是一项非常重大的决策。事实上，高精度地球参考系的建立已有30余年的历史，精度逐步提高，现在的精度已达到了厘米级，它们主要是采用空间大地测量技术来建立的。目前全球应用最广和精度最高的地球参考系是ITRF和WGS-84。前者是国际性协议提出的，每年公布一个数据，目前应用的是ITRF-97和ITRF-2000，后者是美国军方公布的数据，GPS即采用这一参考系。
二是时间基准。国际上规定以英国格林尼治天文台的子午线作为计量各地地理经度的起点，以格林尼治时间作为全世界公用的时刻标准，称为世界时。在1960年以前，世界时是国际通用的时间计量系统。从1960年起，用历书时取代世界时作为国际通用的时间标准，历书时是以地球围绕太阳公转运动为依据的时间计量系统，由于观测误差较大，它在1967年已被原子时所取代。原子时是以物质内部原子运动特征为依据的时间计量系统。1967年第13届国际计量委员会决定把原子时的秒长作为国际单位制的时间单位，其定义是：铯原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间。全世界有近300台原子钟通过各种方法进行比对，再由国际计量局进行归算，求出全世界统一的原子时，称为国际原子时（LAT）。标准时间信号是通过无线电台发播的，开始只发播世界时，原子钟出现以后，为了满足不同用户对于世界时和原子时的需要，又采用了一种称为协调世界时（UTC）的时号。它的秒长严格等于原子时秒长，而它的时刻则通过闰秒的方法与世界时之差保持在0.9秒以内。精确时间系统在军事上有重大的应用价值。时间是军事行动和战争的要素，统一的时间标准是部队统一行动和快速反应的基础。陆、海、空交通的导航与管制、作战目标的精确打击，现代信息网络的通信与管理都离不开精确统一的时间标准。时间在部队作战指挥和军事行动中的精度要求越来越高。信息由多种要素构成，其中时间是信息不可或缺的基本要素，在大多数情况下，没有精确时间概念的信息就和没有空间位置的信息一样，是毫无意义的。军事大地测量需要精确的世界时。在航天活动中，各测控站所获取的信息必须依据严格统一的计时基准进行分析和处理，才会具有使用价值。时间信号还用于控制程序仪器，完成火箭、导弹的点火和使仪器按程序工作。高精度的频率源（时钟）是电子设备的“心脏”，几乎所有的电子设备都需要有时间频率源。高精度时间频率对目标识别与精确定位、武器精确制导、无线电管制、电磁干扰和抗干扰等诸多武器设备都至关重要。时间是卫星导航定位的基础，现在，无论是空间目标还是地面目标的定位都是由无线电测距完成的，精确的位置测量实际上是精确的时间测量。由光速可以推算出，1微秒（百万分之一秒）的时间测量误差将导致300米的距离测量误差。因此，没有统一的、高精度的时间（同步），就不可能实现体系内各军兵种、各种武器装备的协同作战；没有高精度的频率源，就会影响通信、导航、雷达和电子对抗等各种高技术电子设备的有效性，影响敌我双方的识别，甚至关系作战行动的成败，建立时间标准对于数字化战场建设的重要性由此可见一斑。
建立地球重力场。地球重力场在军事上具有极其重要的作用，它在大地测量学中的主要任务是测定地球形状，即大地水准面，从而精确测定空间点的一维坐标。在远程武器方面，用于计算地球重力场的不均匀性对弹道导弹飞行轨道的影响，以便在射击准备中进行修正，确保导弹精确命中目标；在空间技术方面，用于计算卫星轨道，以提高运用卫星确定地面点坐标和卫星导航的精度。现代条件下，利用人造卫星进行大地测量或叫作空间大地测量，是监测地壳运动最重要的工具，而空间大地测量的准确度在很大程度上取决于所观测卫星的定轨精度，这就与地球重力场发生关系了。人造地球卫星是在地球重力场的作用下在空间绕地球运动的，在理想的均匀重力场作用下，卫星的轨道是固定不变的，地球重力场的非均匀分布导致了卫星轨道的轻微摆动（摄动）。因此，要实现卫星精密定轨，必须知道精密的重力场参数；反之，精密测定卫星轨道的摄动，利用这些摄动的跟踪观测数据，又是提高地球重力场参数精度的重要依据。导弹的发射和飞行，时刻受到不规则地球重力场的作用而使预设轨道产生摄动，要想使导弹精确命中目标，必须获得地球重力场信息，尤其是在导弹发射首区，由于导弹起飞阶段速度慢，受局部重力场作用时间长，加上射程的误差积累，更需要一个精确的发射首区的重力场模型。美国“阿波罗”飞船制导和导航专家D.G.霍格曾经指出：“限制导弹精确度的最终原因并不是惯性敏感元件，而是来自科学上对地球重力场缺乏具体的认识”。这说明，精确测定地球重力场，是世界大国、尤其是军事强国追求的目标，是军事测绘部门的重要任务之一，如果不能精确测定地球重力场，就不能精确建设数字化战场。
建立地理空间数据库。它是以早期地图数据库为基础，包括地图上各种要素的数据和相关扩充的有关战场环境信息以及大量遥感影像信息和态势信息的数据库。它利用计算机制图软件可制作或更新各种军用地图，编制各种专题图；能为军事地形分析系统提供数据；能与指挥自动化系统联结，提供基础地理信息；可生成显示于屏幕上的电子地图；能为武器的地形匹配制导提供地形高程数据。美军建立的地理空间数据库包括：（1）数字高程数据库（DTED），它是美军为了保障军事应用而开发的专用数据库，其原理是把地形高程数值按统一矩阵存放，为那些需要地形高度、坡度和地表起伏信息的武器系统和军事应用项目提供高质量的基本数据，DTED按分辨率一般可分为从0到5的6个等级，等级越高就越精确，其中0级高程数据库对科学技术研究和那些需要地形高程、坡度和地表起伏程度信息的应用项目来说具有重要价值，它可粗略显示地表的形状，为地形建模和评价活动服务，但这些低精度的数据不能用于自动化飞行引导和有关国防安全的精密活动；1级高程数据库，信息量等价于1∶25万比例尺地图上的等高线信息；2级高程数据库，信息量等价于1∶5万比例尺地图上的等高线信息。（2）多分辨率的正射影像库（CIB），它是为保障任务规划以及指挥、控制、通信和情报系统而生产的、公开的数字影像。在应急作战和快速反应作战等缺乏地图或仅有过时地图的场合，CIB可用作地图的替代品。它是一种全色数字影像，采用SPOT商业影像作为原始资料进行加工，并利用数字高程数据库进行正射纠正以消除摄影变形。（3）基础特征数据库（FFD），是一种按关系数据库组织的矢量数据，主要来源于1∶25万联合作战图、1∶5万和1∶10万地形线划图。其要素密度随地区而变化，城市地区的FFD密度应与1∶10万地形线划图相当或更好；乡村地区的FFD密度应与1∶25万联合作战图相当或更好。（4）目标定位数据库（DPPDB），是供海军、空军、海军航空兵和特种部队用于任务规划、导航和目标瞄准的专用数据库。其目标点包括重要的和潜在的雷达校验点要素（如间接瞄准点和雷达定位点）的精确坐标和高程数据。结果被显示在目标点地图上并提交给所需的部队。目标定位数据库内容包含参考坐标、世界航空图、描述码、纹理信息、国家代码、加注释的航片、地图芯片等。
建立地理空间信息产品的生产、服务保障体系。当前地理空间信息产品包括几大类：影像图、正射影像图、影像地图、专题影像地图；数字地图、地图、海图、专题地图；空间坐标、定位导航数据、地面高程数据；战场环境仿真、协同环境、三维图像等。这些产品有些是成品，可以立即使用，有些是半成品，需要用户根据自己的要求做二次开发。这些产品的供应，需同时提供操作平台、操作软件和具有专业知识的技术指导。同时，要求用户要具备一定的地理空间信息知识和计算机操作能力。因此，将地理空间信息产品真正应用于军事行动，还必须建立地理空间信息产品的生产、服务保障体系。